穩(wěn)壓二極管選型和應(yīng)用介紹

介紹穩(wěn)壓二極管選型和應(yīng)用之前，要先了解二極管的原理、特性、參數(shù)。

穩(wěn)壓二極管原理

何為穩(wěn)壓二極管，說(shuō)的通俗一些，就是用來(lái)穩(wěn)壓的，它是用特殊工藝制造而成的面結(jié)型硅半導(dǎo)體二極管，也叫齊納二極管。它的外形、內(nèi)部結(jié)構(gòu)與普通二極管類(lèi)似，且伏安特性曲線(xiàn)的正向特性與普通二極管差不多，反向特性是在反向電壓低于反向擊穿電壓時(shí)，反向電阻很大，反向漏電流極小。但是，當(dāng)反向電壓臨近反向電壓的臨界值時(shí)，反向電流驟然增大，稱(chēng)之為擊穿，在這一臨界點(diǎn)上，反向電阻驟然降至很小值。盡管電流在很大的范圍內(nèi)變化，而二極管兩端的電壓卻基本穩(wěn)定在擊穿電壓附近，從而實(shí)現(xiàn)了二極管的穩(wěn)壓功能。

穩(wěn)壓二極管，根據(jù)額定功耗分，有：

1）1W：1N4728A-Z1330A（DO-41封裝）、SMA4728A-SZ1330A（SMA/DO-214AC封裝）、SML4728A-SMZ1330A（SOD-123）；

2）1.5W：1N5919B-1N5956B（DO-41封裝）、SMA5919B-SMA5956B（SMA/DO-214AC封裝）；

3）2W：2EZ5.6D5-2EZ330D5（DO-15封裝）、SMB2EZ5.6D5-SMB2EZ330D5（SMB/DO-214AA封裝）；

4）3W：3EZ5.6D5-3EZ200D5（DO-15封裝）、SMB3EZ5.6D5- SMB3EZ200D5（SMB/DO-214AA封裝）；

5）5W：1N5338B-1N5388B（DO-201封裝）、SMC5338B-SMC5388B（SMC/DO-214AB封裝）；

穩(wěn)壓二極管特性

穩(wěn)壓二極管在被反向擊穿后，盡管流過(guò)穩(wěn)壓管的反向擊穿電流變化很大，但兩端的電壓卻幾乎不變。我們也常常用它這一特性來(lái)進(jìn)行穩(wěn)壓，以獲得基準(zhǔn)電壓和用作電平轉(zhuǎn)移。

穩(wěn)壓二極管參數(shù)

• 穩(wěn)定電壓Uz：指PN結(jié)的擊穿電壓，穩(wěn)壓二極管通過(guò)額定電流時(shí)兩端產(chǎn)生的穩(wěn)定電壓值。該值隨工作電流和溫度的不同而略有改變。由于制造工藝的差別，同一型號(hào)穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值也不完全一致。

? 額定電流Iz：指穩(wěn)壓二極管產(chǎn)生穩(wěn)定電壓時(shí)通過(guò)的電流值。低于額定電流時(shí)，雖然也能穩(wěn)壓，但穩(wěn)壓效果會(huì)變差；高于額定電流時(shí)，只要不超過(guò)額定功率損耗，也是允許的，而且穩(wěn)壓性能會(huì)好一些，但要多消耗電能。

? 動(dòng)態(tài)電阻rz：指穩(wěn)壓二極管兩端電壓變化與電流變化的比值。該比值隨工作電流的不同而改變，一般是工作電流愈大，動(dòng)態(tài)電阻則愈小。

圖示給出了穩(wěn)壓二極管在工作時(shí)的動(dòng)態(tài)等效電路，圖中二極管為理想二極管。

• 電壓溫度系數(shù)CTV：如果穩(wěn)壓二極管的溫度發(fā)生變化了，它的穩(wěn)定電壓也會(huì)發(fā)生微小變化，溫度變化1℃所引起管子兩端電壓的相對(duì)變化量即是電壓溫度系數(shù)（單位：﹪/℃）。不同型號(hào)的穩(wěn)壓管有不同的穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)，且有正負(fù)之分。穩(wěn)壓值低于4V的穩(wěn)壓管，穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)為負(fù)值，穩(wěn)壓值高于6V的穩(wěn)壓管，其穩(wěn)定電壓的溫度系數(shù)為正值。介于4V~6V之間，可能為正，也可能為負(fù)，在要求高的場(chǎng)合，可以用兩個(gè)溫度系數(shù)的管子串聯(lián)進(jìn)行補(bǔ)償。
• 額定功耗Pz：由芯片允許溫升決定，其數(shù)值為穩(wěn)定電壓Vz和允許最大電流Izm的乘積。其工作電流越大，動(dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓性能越好，但最大工作電流不能超過(guò)Pz的限制，超過(guò)Pz將損壞穩(wěn)壓管。

穩(wěn)壓二極管選型原則

1）穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值離散性很大，即使同一廠(chǎng)家同一型號(hào)產(chǎn)品，其穩(wěn)定電壓值也不完全一樣，這一點(diǎn)在選用時(shí)應(yīng)加以注意。對(duì)要求較高的電路，選用前應(yīng)對(duì)穩(wěn)壓值進(jìn)行檢測(cè)。

2）對(duì)于過(guò)電壓保護(hù)的穩(wěn)壓二極管，其穩(wěn)定電壓的選定要依據(jù)保護(hù)電壓的大小選用，其穩(wěn)定電壓值不能選的過(guò)大或過(guò)小，否則起不到電壓保護(hù)的作用。

3）在選用穩(wěn)壓二極管時(shí)，除了要注意穩(wěn)定電壓、最大工作電流等參數(shù)外，還要注意選用動(dòng)態(tài)電阻較小的穩(wěn)壓二極管，因?yàn)閯?dòng)態(tài)電阻越小，穩(wěn)壓性能越好。

4）使用穩(wěn)壓管時(shí)應(yīng)注意，二極管的反向電流不能無(wú)限增大，否則會(huì)導(dǎo)致二極管的過(guò)熱損壞。因此，穩(wěn)壓管在電路中一般需要串聯(lián)限流電阻。

5）選用穩(wěn)壓二極管時(shí)，要根據(jù)具體電子電路來(lái)考慮，簡(jiǎn)單的并聯(lián)穩(wěn)壓電源，輸出電壓就是穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)定電壓。

穩(wěn)壓二極管的應(yīng)用電路

1. 電源穩(wěn)壓

   穩(wěn)壓二極管為電源電路輸出后級(jí)穩(wěn)壓，是其最典型的應(yīng)用。下圖是穩(wěn)壓二極管的典型直流穩(wěn)壓電路，VZ1為穩(wěn)壓二極管，R1是VZ1的限流保護(hù)帶電阻。
   

   未穩(wěn)定的直流工作電壓經(jīng)過(guò)R1，加到VD1上，由于工作電壓遠(yuǎn)大于VD1所以VZ1處于工作狀態(tài)，其兩端得到穩(wěn)定的直流電壓，作為穩(wěn)壓電路的輸出電壓。當(dāng)直流工作電壓波動(dòng)時(shí)，流過(guò)R1和VZ1的電流大小隨之相應(yīng)波動(dòng)，由于VZ1穩(wěn)壓的作用，保持電路后級(jí)輸出U0不變，那么直流電壓的大小波動(dòng)降在的電阻R1上。

2. 濾波電路

   電子二極管中濾波器中的穩(wěn)壓管應(yīng)用電路如下，VZ1是穩(wěn)壓二極管，VT1是電子濾波管，C1是VT1基極濾波電容，R1是VT1偏置電阻。

   

   在穩(wěn)壓二極管導(dǎo)通后，VT1基極被穩(wěn)定在13V，根據(jù)三極管發(fā)射結(jié)導(dǎo)通后的結(jié)電壓（0.7V）基本不變特性，VT1發(fā)射極直流輸出電壓也是穩(wěn)定的，達(dá)到穩(wěn)定輸出電壓的目的。

3. 浪涌保護(hù)

   下圖是穩(wěn)壓二極管的浪涌保護(hù)電路，K1是繼電器，VZ1是穩(wěn)壓二極管，R1是限流保護(hù)電阻，RL是負(fù)載電阻。
   

   當(dāng)工作電壓沒(méi)有浪涌出現(xiàn)時(shí)，工作電壓沒(méi)有高到足以使穩(wěn)壓管VZ1導(dǎo)通的程度，這時(shí)VZ1截止，沒(méi)有流過(guò)繼電器K1，K1的觸點(diǎn)保持導(dǎo)通狀態(tài)。工作電壓通過(guò)繼電器觸點(diǎn)時(shí)為負(fù)載RL正常供電。當(dāng)工作電壓出現(xiàn)浪涌時(shí)，由于電壓升高，穩(wěn)壓二極管VZ1導(dǎo)通，這時(shí)有電流流過(guò)繼電器K1，K1的觸點(diǎn)斷開(kāi)，電壓不能通過(guò)繼電器觸點(diǎn)為負(fù)載RL供電，達(dá)到保護(hù)負(fù)載RL的目的。

4. 過(guò)電壓保護(hù)

   穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的過(guò)電壓保護(hù)電路，VZ1是穩(wěn)壓二極管，VT1是控制管，+115V是主工作電壓。
   

   電阻R1和R2構(gòu)成115V直流工作分壓電路，分壓后的電壓通過(guò)穩(wěn)壓二極管VZ1加到VT1基極，當(dāng)115V電壓大小正常時(shí)，R1,R2分壓后的電壓不足以使穩(wěn)壓二極管導(dǎo)通，這時(shí)VT1基極電壓為0，VT1截止，其集電極為高電平，此時(shí)待機(jī)保護(hù)電路不動(dòng)作，電路正常工作。當(dāng)電壓高于115V時(shí)，R1,R2分壓后的電壓足以時(shí)穩(wěn)壓二極管VD1導(dǎo)通，這是VT1飽和導(dǎo)通(VT1的基極電平由原來(lái)的接近0V，變?yōu)镽2分得電壓-VD1的導(dǎo)通壓降，VT1包含導(dǎo)通的條件：偏置電壓正偏且基極電流大于工作在放大區(qū)的電流)，其集電極為低電平，通過(guò)待機(jī)控制線(xiàn)的控制使得電路進(jìn)入待機(jī)保護(hù)狀態(tài)。

5. 限幅電路

   下圖是穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的限幅電路，電路中A1和A2是集成電路，VZ1和VZ2是穩(wěn)壓二極管。
   

   從集成電路的A1的1腳輸出信號(hào)通過(guò)R1加到集成電路A2的1腳，當(dāng)集成電路A1的1腳輸出信號(hào)幅度沒(méi)有超過(guò)VD1穩(wěn)壓值時(shí)，這一信號(hào)完整的加到A2的1腳上，當(dāng)集成電路A1的1腳輸出信號(hào)幅度超過(guò)VZ1穩(wěn)壓值時(shí)，幅度超過(guò)部分使VD1導(dǎo)通，信號(hào)幅度的最大值被限制，從而達(dá)到限幅目的。

   1）R2和VZ2構(gòu)成的限幅電路與R1和VZ1構(gòu)成的電路工作原理一樣，只是用來(lái)限制集成電路A1的2腳輸出信號(hào)幅度。

   2）R1和R2一樣，它用來(lái)傳輸集成電路A1和A2之間的信號(hào)，同時(shí)也是VZ1和VZ2的限流保護(hù)電阻。

   3）限幅電路只是限去電壓值超過(guò)穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓值的部分，對(duì)于信號(hào)電壓幅度小于穩(wěn)壓二極管穩(wěn)壓值的部分無(wú)法限幅作用。

6. 電弧抑制

   穩(wěn)壓二極管構(gòu)成的電弧抑制電路，這種電路通常用于一些功率較大的電磁吸鐵控制電路中。下圖所示電路，VD1是穩(wěn)壓二極管，L1是電感，R1是限流保護(hù)電阻，S1是電源開(kāi)關(guān)。

   

   電路的工作原理：在電源開(kāi)關(guān)S1從接通轉(zhuǎn)為關(guān)斷時(shí)，電感L1兩端產(chǎn)生的方向電動(dòng)勢(shì)為上正下負(fù)，這一反向電動(dòng)勢(shì)很大，通過(guò)R1加到了穩(wěn)壓二極管的VZ1兩端，使之導(dǎo)通，這樣將方向的電動(dòng)勢(shì)能量釋放，使得S1上不會(huì)產(chǎn)生很大的電動(dòng)勢(shì)，從而不產(chǎn)生電弧，達(dá)到了消弧的目的。

   電源開(kāi)關(guān)S1正常接通時(shí)，直流電壓通過(guò)R1加到VZ1上電壓不夠大，不足以使VZ1導(dǎo)通，所以VZ1處于截止?fàn)顟B(tài)，不影響電路正常工作。